一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法，该方法包括步骤：S1、对研究区域的地形数据和地质数据收集与整理，并基于地形数据和地质数据获取关键岩体力学参数；S2、基于地形数据，采用传统水文分析方法提取斜坡单元；S3、依据地震边坡稳定性分析原理，基于栅格单元计算边坡屈服加速度；S4、将传统水文分析方法提取的斜坡单元作为限制图层，基于S3获取的边坡屈服加速度差异性，对传统斜坡单元进行细化，进而得到细化后的斜坡单元。采用本发明专利技术方法细化后的斜坡单元既保留了传统斜坡单元的边界信息，同时融入了与地震滑坡形成的相关物理机制，可有效用于区域地震滑坡危险性评估的制图单元，并有助于提升评估结果的可靠性。估结果的可靠性。估结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法


[0001]本专利技术涉及区域地震地质灾害风险评估
，具体涉及一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法。

技术介绍

[0002]滑坡是斜坡岩土体沿软弱滑动面发生的一种滑移地质现象，常造成大量的人员伤亡和财产损失。地震滑坡是由地震直接触发的一种地震次生灾害现象，具有突发性强、分布范围广、数量多以及持续时间长等特点，是我国西南山区的主要地质灾害类型。为预防和减轻地震滑坡灾害影响，开展区域地震滑坡危险性评估，准确划分潜在地震滑坡隐患的空间分布，及时采取防控措施，是目前最为有效的途径。
[0003]制图单元的选择是开展区域地震滑坡危险性评估的重要前提。栅格单元和斜坡单元是目前最为常用的制图单元。其中栅格单元是一种规则的制图单元，其操作简单，已广泛作为地震滑坡危险性评估的制图单元。然而，对于区域性地震滑坡危险性评估，其数据处理量大，运算时间长，对软硬件要求高，难以实现大区域的快速应急评估。此外，规则的栅格单元对应的是独立的地貌单元，其并不能反映区域地表几何形态特征。相反，斜坡单元作为栅格单元的集合，其具有丰富的几何形态信息，能更有效的反映区域的地表形态特征。同时，滑坡作为发育在斜坡单元上的一种地质灾害，基于斜坡单元开展地震滑坡危险性评估，其评估结果更具有指示意义，更适合作为后续减灾防灾工作的重要参考。
[0004]目前，已存在多种方法可用于提取斜坡单元，包括基于正反DEM的水文分析提取方法、基于正反地形曲率水文分析的提取方法以及Alvioli提出的R.slopeunits方法等。这些提取方法均能快速有效的提取斜坡单元。然而，值得指出的是，这些提取方法均是基于水文学的角度建立，其提取的斜坡单元尽管能有效对应于实际边坡，但相对于滑坡而言，往往具有更大面积。此外，传统的提取方法主要以地形作为斜坡单元的划分依据，往往忽视其他地质环境因子的差异性，导致同一斜坡单元内部对应的地质环境属性并不具有均质性。而根据大量历史地震滑坡的空间统计分析表明，滑坡的孕育发展与区域地质环境属性密切相关，如工程岩体、地形坡度等。因此，针对滑坡而言，应综合滑坡的孕灾机制对斜坡单元进行再分割。显然，现有的斜坡单元提取方法并未针对特定的应用场景采取相应的细化策略。综上所述，针对现有斜坡单元提取方法存在的不足，本专利技术综合考虑区域地质环境信息，基于地震边坡稳定性分析，提出一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法，能够有效提高地震滑坡危险性评估的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法，包括如下步骤：
[0007]S1、对研究区域的地形数据和地质数据进行收集整理，并基于所述地形数据和所述地质数据获取关键岩体力学参数；所述地形数据主要包括数字高程模型(DEM)以及基于DEM计算的地形坡度信息，所述的地质数据主要包括各种比例尺的工程地质图；所述关键岩体力学参数主要包括地质数据中不同岩体类型对应的有效内聚力、有效内摩擦角和重度参数。
[0008]S2、基于步骤S1获取的所述地形数据，采用传统的水文分析方法提取斜坡单元；
[0009]S3、根据步骤S1获取的所述地形数据和所述关键岩体力学参数，依据地震边坡稳定性分析原理，基于栅格单元计算边坡屈服加速度；
[0010]S4、将步骤S2提取的所述斜坡单元作为限制图层，并基于步骤S3获取的所述边坡屈服加速度的差异性，对传统的斜坡单元进行细化，进而获取细化后的斜坡单元。
[0011]进一步的，所述步骤S1中获取关键岩体力学参数的具体步骤为：
[0012]S1.1、基于所述地形数据提取地形坡度信息；
[0013]S1.2、基于所述地质数据中的岩体信息，统计不同岩体范围内坡度的均值μ、标准差σ和最大值M；
[0014]S1.3、根据步骤S1.2中统计的不同岩体范围内坡度的均值μ、标准差σ和最大值M，分别计算不同岩体对应的临界坡度值a，当a＝μ+3σ≤M时，a＝μ+3σ；当a＝μ+3σ>M时，a＝M；
[0015]S1.4、对所有岩体赋予统一的岩体内摩擦角和岩体重度，根据摩尔
‑
库伦破坏准则和步骤S1.3获得的不同岩体的临界坡度值，分别计算不同岩体在临界坡度值条件下发生破坏的最小内聚力；
[0016]S1.5、将所述岩体内摩擦角、所述岩体重度以及基于临界坡度值a计算的所述最小内聚力确定为关键岩体力学参数。
[0017]进一步的，步骤S2中所利用的地形数据主要为DEM；步骤S2中采用传统水文分析方法提取斜坡单元，主要目的为划分初始斜坡单元，采用的是基于正反DEM的水文分析提取方法，提取斜坡单元的具体步骤为：
[0018]S2.1、正反DEM数据获取及地形填洼：其中正DEM数据代表原始DEM数据，反DEM数据是通过将DEM数据中的高程极大值与原始DEM数据进行差分获得，并利用GIS水文分析模块中的填洼工具对DEM数据进行地形填洼，消除地形空洞影响；
[0019]S2.2、正反流向数据获取：基于填洼后的正反DEM数据，采用GIS水文分析模块中的流向分析工具分别提取正反流向数据；
[0020]S2.3、正反累积流量数据获取：基于正反流向数据，采用GIS水文分析模块中的累积流量统计工具获取正反累积流量数据；
[0021]S2.4、正反河流网络划分：根据正反DEM累积流量数据结合遥感影像上的水系分布，确定合适的流量阈值，采用GIS水文分析模块中的栅格计算对正反累积流量数据进行二值化，并利用栅格转线工具获取正反河流矢量数据；
[0022]S2.5、正反集水流域提取：根据正反河流矢量数据，基于GIS水文分析模块中的流域分析工具，提取正反集水流域：其中，正集水流域边界对应为山脊线，反集水流域边界对应为山谷线；
[0023]S2.6、对正反集水流域进行矢量融合，得到由山谷与山脊线组成的初始斜坡单元。
[0024]进一步的，所述步骤S3中计算边坡屈服加速度的具体步骤如下；
[0025]S3.1、基于边坡稳定性分析方法计算边坡静态安全系数F
s
：
[0026][0027]式1)中，c'和分别为岩体的有效内聚力和有效内摩擦角，γ和γ
w
分别代表岩体重度和地下水重度，m代表边坡的滑体饱和度，即滑体中饱和部分占滑体厚度的比值，t为边坡的潜在滑体厚度，θ为滑动面倾角，即为区域地形坡度；
[0028]S3.2、根据所述静态安全系数F
s
，采用拟静力分析法进行地震边坡稳定性分析，计算边坡屈服加速度a
c
：
[0029]a
c
＝(F
s
‑
1)*gsinθ2)；
[0030]式2)中，g为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于区域地震滑坡危险性评估的斜坡单元细化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对研究区域的地形数据和地质数据进行收集整理，并基于所述地形数据和所述地质数据获取关键岩体力学参数；S2、基于步骤S1获取的所述地形数据，采用水文分析方法提取斜坡单元；S3、根据步骤S1获取的所述地形数据和所述关键岩体力学参数，依据地震边坡稳定性分析原理，基于栅格单元计算边坡屈服加速度；S4、将步骤S2提取的所述斜坡单元作为限制图层，并基于步骤S3获取的所述边坡屈服加速度的差异性，对所述斜坡单元进行细化，进而获取细化后的斜坡单元。2.根据权利要求1所述的斜坡单元细化方法，其特征在于，所述步骤S1中获取关键岩体力学参数的具体步骤为：S1.1、基于所述地形数据提取地形坡度信息；S1.2、基于所述地质数据中的岩体信息，统计不同岩体范围内坡度的均值μ、标准差σ和最大值M；S1.3、根据步骤S1.2中统计的不同岩体范围内坡度的均值μ、标准差σ和最大值M，分别计算不同岩体对应的临界坡度值a，当a＝μ+3σ≤M时，a＝μ+3σ；当a＝μ+3σ>M时，a＝M；S1.4、对所有岩体赋予统一的岩体内摩擦角和岩体重度，根据摩尔
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库伦破坏准则和步骤S1.3获得的不同岩体的临界坡度值，分别计算不同岩体在临界坡度值条件下发生破坏的最小内聚力；S1.5、将所述岩体内摩擦角、所述岩体重度以及基于临界坡度值a计算的所述最小内聚力确定为关键岩体力学参数。3.根据权利要求1所述的斜坡单元细化方法，其特征在于，所述步骤S2中采用水文分析方法提取方法斜坡单元的具体步骤为：S2.1、正反DEM数据获取及地形填洼：其中，正DEM数据代表原始DEM数据，反DEM数据是通过将DEM数据中的高程极大值与原始DEM数据进行差分获得，并利用GIS水文分析模块中的填洼工具对DEM数据进行地形填洼，消除地形空洞影响；S2.2、正反流向数据获取：基于填洼后的正反DEM数据，采用GIS水文分析模块中的流向分析工具分别提取正反流向数据；S2.3、正反累积流量数据获取：基于正反流向数据，采用GIS水文分析模块中的累积流量统计工具获取正反累积流量数据；S2.4、正反河流网络划分：根据正反DEM累积流量数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立新，陈帅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：